{"id":440,"date":"2021-02-25T16:30:00","date_gmt":"2021-02-25T15:30:00","guid":{"rendered":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/?p=440"},"modified":"2021-02-25T16:24:30","modified_gmt":"2021-02-25T15:24:30","slug":"el-universo-temprano-ii-la-aniquilacion-de-pares-electron-positron","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/2021\/02\/25\/el-universo-temprano-ii-la-aniquilacion-de-pares-electron-positron\/","title":{"rendered":"El universo temprano (II): la aniquilaci\u00f3n de pares electr\u00f3n-positr\u00f3n"},"content":{"rendered":"\n

Como vimos en la entrada anterior<\/a>, el desacoplamiento de los neutrinos coincide con otro fen\u00f3meno muy importante durante los primeros compases del Universo: la aniquilaci\u00f3n de pares electr\u00f3n-positr\u00f3n<\/em>. En esta entrada vamos a explicar en qu\u00e9 consiste dicho proceso, que posteriormente conectaremos (en una tercera entrada) con el valor de un par\u00e1metro cosmol\u00f3gico conocido como n\u00famero efectivo de neutrinos<\/em>.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n

Para entender el fen\u00f3meno de aniquilaci\u00f3n de pares electr\u00f3n-positr\u00f3n, empezaremos recordando que los positrones<\/a> son las antipart\u00edculas del electr\u00f3n, esto es, comparten todas las propiedades del electr\u00f3n, pero con ciertos valores (llamados n\u00fameros cu\u00e1nticos) invertidos. El m\u00e1s conocido es la carga el\u00e9ctrica, que en el caso del electr\u00f3n es -1 y en el del positr\u00f3n es +1, como la de un prot\u00f3n. Adem\u00e1s, cuando una part\u00edcula y su antipart\u00edcula se encuentran, ambas se aniquilan liberando energ\u00eda, que en el caso de un par electr\u00f3n-positr\u00f3n queda repartida en la mayor\u00eda de las ocasiones entre dos fotones.<\/p>\n\n\n\n

Este desafortunado encuentro ocurr\u00eda constantemente en el Universo temprano, donde los positrones eran casi tan abundantes como los electrones. En la actualidad apenas hay positrones en el Universo, algo as\u00ed como uno por cada mil millones de electrones, y uno de los fen\u00f3menos que dio lugar a esta desigualdad fue precisamente la aniquilaci\u00f3n de pares electr\u00f3n-positr\u00f3n. Sin embargo, antes de que ese proceso tuviera lugar, la reserva de positrones se manten\u00eda llena gracias al fen\u00f3meno inverso a su aniquilaci\u00f3n: la producci\u00f3n de pares a partir de dos fotones.<\/p>\n\n\n\n

Como la energ\u00eda ambiente del Universo temprano era muy alta (pues todav\u00eda no hab\u00eda sido diluida por la expansi\u00f3n c\u00f3smica), a partir de un par de fotones con la suficiente energ\u00eda pod\u00eda formarse un par electr\u00f3n-positr\u00f3n. De esta forma, electrones y positrones estaban siendo continuamente aniquilados y creados durante los primeros segundos de vida del Universo, manteniendo cierto equilibrio con el plasma c\u00f3smico.<\/p>\n\n\n\n

Paremos un segundo. Nosotros estamos rodeados de fotones, pues son las part\u00edculas de la luz que captamos a trav\u00e9s de nuestro sentido de la vista. \u00bfNo significa esto que a nuestro alrededor tambi\u00e9n se est\u00e1n formando constantemente pares de electrones y positrones?<\/p>\n\n\n\n

No exactamente. Aunque estemos rodeados de luz, es decir, de fotones, para que ocurra la formaci\u00f3n de un par electr\u00f3n-positr\u00f3n hacen falta fotones de mucha m\u00e1s energ\u00eda. Tengamos en cuenta que el espectro de luz visible (los fotones que nos permiten percibir los colores) engloba un rango de energ\u00eda en torno a un mill\u00f3n de veces m\u00e1s peque\u00f1o que la energ\u00eda necesaria para dar lugar a un par electr\u00f3n-positr\u00f3n. Realmente necesitamos unas condiciones similares en densidad y temperatura a las del universo temprano para que este proceso ocurra con frecuencia.<\/p>\n\n\n\n

No obstante, ya hemos comentado que la expansi\u00f3n del Universo diluye la energ\u00eda promedio de sus componentes, haciendo que su temperatura caiga conforme el espacio se dilata. As\u00ed pues, en el universo temprano lleg\u00f3 un momento en el que la energ\u00eda de sus abundantes fotones no fue suficiente para la creaci\u00f3n de pares electr\u00f3n-positr\u00f3n, con lo cual se produjo una ruptura del equilibrio que manten\u00edan los fotones, electrones y positrones. A consecuencia de esta ruptura, los electrones y positrones comenzaron a aniquilarse a un ritmo fren\u00e9tico, hasta que solo sobrevivi\u00f3 una peque\u00f1a fracci\u00f3n de las part\u00edculas predominantes de uno de los dos conjuntos, que result\u00f3 ser el de los electrones. El porqu\u00e9 de que hayan sido los electrones y no los positrones los que ganaron la batalla, as\u00ed como el motivo por el que haya habido siquiera un ganador, sigue siendo un misterio<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

La siguiente figura muestra un esquema de la aniquilaci\u00f3n de pares electr\u00f3n-positr\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Esquema de la aniquilaci\u00f3n de pares electr\u00f3n-positr\u00f3n explicado en el texto.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

En la figura, los electrones aparecen como c\u00edrculos blancos de carga el\u00e9ctrica negativa, los positrones como c\u00edrculos negros de carga el\u00e9ctrica positiva y los fotones como peque\u00f1as ondas. El tiempo transcurre de izquierda a derecha a lo largo de los cuatro recuadros del dibujo.<\/p>\n\n\n\n

El primer recuadro muestra un par electr\u00f3n-positr\u00f3n (rodeado en rojo<\/span>) que va a aniquilarse para dar lugar a un par de fotones en el segundo recuadro. De igual modo, el par de fotones rodeado en azul<\/span> del primer recuadro se convierte en un par electr\u00f3n-positr\u00f3n en el segundo. Como la temperatura del Universo desciende conforme el tiempo pasa y el Universo se expande, en el tercer y cuarto recuadro ya no se forman pares electr\u00f3n-positr\u00f3n a partir de dos fotones. Sin embargo, cuando un electr\u00f3n y un positr\u00f3n se encuentran, siguen aniquil\u00e1ndose, como ocurre con los dos pares se\u00f1alados en verde y magenta del tercer recuadro. El cuarto recuadro muestra la situaci\u00f3n final cuando todos los pares electr\u00f3n-positr\u00f3n se han aniquilado. Entonces solo vemos un electr\u00f3n solitario como muestra de la peque\u00f1a fracci\u00f3n de estas part\u00edculas que sobrevive al fen\u00f3meno de aniquilaci\u00f3n de pares. Los fotones, sin embargo, siguen existiendo.<\/p>\n\n\n\n

No hemos incluido los neutrinos en esta imagen pues asumimos que ya est\u00e1n desacoplados, y su presencia no es relevante para entender el proceso de aniquilaci\u00f3n entre electrones y positrones. No obstante, este proceso de aniquilaci\u00f3n s\u00ed resulta ser muy importante para los neutrinos. La conexi\u00f3n que existe entre el desacoplamiento de los neutrinos y la aniquilaci\u00f3n de pares electr\u00f3n-positr\u00f3n la veremos en una nueva entrada, en la que hablaremos del n\u00famero efectivo de neutrinos.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Seguimos contando la historia de los primeros instantes del universo, en esta ocasi\u00f3n recordando otro de los grandes acontecimientos que tuvieron lugar en sus primeros momentos: la aniquilaci\u00f3n de pares electr\u00f3n-positr\u00f3n.<\/p>\n","protected":false},"author":8,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[14,6],"tags":[74,36,73,72,61],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/440"}],"collection":[{"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/8"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=440"}],"version-history":[{"count":6,"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/440\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":448,"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/440\/revisions\/448"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=440"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=440"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=440"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}